一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统及方法技术方案

一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统及方法，涉及光学性能测试。系统包括测试硬件部分和基于LabVIEW的测控系统平台；所述测试硬件部分包括用于激发发光样品的光源系统、用于控制发光样品温度的温控系统和用于采集测试数据的数据采集系统；所述光源系统、温控系统和数据采集系统均与测控系统平台耦合连接和/或通信连接；所述光源系统包括光源和光源控制模块，所述光源通过光源控制模块与测控系统平台通信连接。实现长余辉衰减曲线、热释发光曲线、时间分辨磷光光谱、荧光热猝灭和荧光热稳定五种测试模式的测控系统平台。

A Multifunctional Optical Testing System and Method Based on LabVIEW

A multifunctional optical testing system and method based on LabVIEW involves optical performance testing. The system includes test hardware and LabVIEW-based measurement and control system platform; the test hardware includes light source system for exciting luminous sample, temperature control system for controlling luminous sample temperature and data acquisition system for collecting test data; the light source system, temperature control system and data acquisition system are all coupled with and/or communicated with the control system platform. The light source system comprises a light source and a light source control module, and the light source is communicated with the control system platform through the light source control module. The measurement and control system platform of five test modes, namely long afterglow decay curve, thermoluminescence curve, time-resolved phosphorescence spectrum, fluorescence thermal quenching and fluorescence thermal stability, is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统及方法
本专利技术涉及光学性能测试，尤其是涉及一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统及方法。
技术介绍
光功能材料由于其在通用照明、安全指示、信息存储等领域所表现出的巨大应用价值，一直以来到了人们的广泛关注。光功能材料合成之后需要一系列繁琐的光学性能测试，诸如长余辉发光材料的长余辉衰减测试、光学信息存储材料的热释发光测试、磷光材料的恒温或变温磷光光谱测试、荧光粉材料的热猝灭特性和热稳定性测试等等。长余辉发光材料具有在停止光源激发后还能够持续发光的特性被人们广泛关注。对其而言，长余辉发光衰减曲线是描述其长余辉发光性能的重要表征方法。所谓长余辉发光衰减曲线是指撤去激发光源后发光材料的发光强度随时间衰减的曲线，衰减越慢则表明该材料的长余辉发光性能越好。其中发光强度的表现形式主要分为两类：一是绝对发光亮度，单位为cd/m2；二是相对发光亮度。前者通常采用暗场亮度计来采集，后者则多是借助光电倍增管将光信号放大转化为电信号而获得。然而暗场亮度计存在探测极限，当光信号过于微弱时将无法准确探测发光样品的绝对发光强度，并且耗时较长(可达数十秒或数分钟)。光电倍增管通过多次的信号放大将光信号转变为电信号，具有极高的灵敏度、极低的噪声、较快的响应等优点。当前工业标准中，一般以长余辉发光材料的强度衰减至0.32mcd/m2的时间定义为其余辉寿命(参照国家计量标准JJG211-2005)。与之对应设计的长余辉发光衰减曲线测试仪的探测极限约为0.1mcd/m2。然而，在长余辉发光材料研究中，许多材料(例如应用于光学信息存储的深陷阱长余辉材料)的室温余辉发光强度远低于0.1mcd/m2，无法通过现有的长余辉发光衰减曲线测试仪准确测定其绝对发光强度。因此，有必要开发能够准确测定微弱的绝对发光强度的测试系统和方法。长余辉发光、热释发光、恒温/变温磷光、热猝灭和热稳定性测试的共同之处在于都需要多台仪器设备协同工作才能完成，操作复杂，费时费力，在人为操作的仪器切换过程中易引入不必要的误差，从而导致测试稳定性和重复性较差。例如：长余辉测试过程中，暗场亮度计和光电倍增管的数据只能通过仪器显示屏或配套的计算机软件进行逐点采集，而一条简单的长余辉衰减曲线就需要成百上千个数据点，显然人为操作是极不现实的。若能通过自动化控制系统实现测试过程中数据的自动采集和保存，势必会大幅提高测试的效率和可靠性。LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，得到了工业界、学术界和研究实验室的普遍认可，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。借助其强大的功能可以方便地建立个性化的仪器自动化控制平台，从而有效简化光学性能测试中的操作流程，在提升测试稳定性和重复性的同时，极大地减少人力、财力的投入。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的上述缺点，提供一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统及方法。所述基于LabVIEW的多功能光学测试系统包括测试硬件部分和基于LabVIEW的测控系统平台；所述测试硬件部分包括用于激发发光样品的光源系统、用于控制发光样品温度的温控系统和用于采集测试数据的数据采集系统；所述光源系统、温控系统和数据采集系统均与测控系统平台耦合连接和/或通信连接；所述光源系统包括光源和光源控制模块，所述光源通过光源控制模块与测控系统平台通信连接。所述光源包括但不限于氙灯光源、LED光源、激光光源和紫外低压汞灯光源等。所述温控系统包括冷热台和冷热台控制模块，所述发光样品置于冷热台，所述冷热台通过冷热台控制模块与测控系统平台通信连接。所述数据采集系统包括但不限于用于采集所述发光样品绝对亮度的暗场亮度计、用于采集所述发光样品相对亮度的光电倍增管和用于记录所述发光样品发射光谱的光纤光谱仪等中的至少一种。所述暗场亮度计与测控系统平台通信连接，所述光电倍增管分别通过高压电源和微安表与测控系统平台通信连接，所述光纤光谱仪与测控系统平台通信连接，并且光纤光谱仪通过光纤采集发光样品的发光光谱。所述测控系统平台包括人机界面，所述人机界面包括连接模块、复位模块、参数设置模块、数据采集模块、状态指示模块和急停模块；所述连接模块用于实现测控系统平台与硬件部分的通信；所述复位模块用于初始化设置硬件部分并对相关参数赋初值；所述参数设置模块用于预设文件名、保存路径和硬件部分的工作参数，所述硬件部分的工作参数可包括时间参数、温度参数和数据采集参数，扣除光纤光谱仪背景，并对所设积分时间是否合适加以判断；所述数据采集模块用于记录、处理、保存采集系统采集的测试数据；所述状态指示模块用于实时反馈测试系统的运行状态和跟踪测试进度；所述急停模块用于迅速结束正在运行的测试系统。所述基于LabVIEW的多功能光学测试方法包括以下步骤：1)光学测试系统开始；2)硬件部分开机，运行测控系统平台，进入人机界面；3)判断急停模块是否触发，若触发，则立即停止光学测试系统；若未触发，则执行步骤4)；4)选择测试模式，运行连接模块连接硬件部分；5)判断步骤4)中是否连接成功，若否，则返回步骤4)；若是，则执行步骤6)；6)选择光源类型，按需选择硬件的启禁情况，运行复位模块进行复位；7)判断步骤6)中是否复位成功，若否，则返回步骤6)；若是，则执行步骤8)；8)弹框再次确认各硬件的启禁情况，弹框预设文件名、保存路径，根据参数设置模块的闪烁提示预设硬件工作参数，并点击设置完成按钮运行参数设置模块；9)基于LabVIEW的测控系统平台向硬件部分发送相应指令，执行相应动作，并将测试数据实时传送至数据采集模块；10)期间测试系统实时检测急停模块是否触发，若是，则停止光学测试系统；若否，则继续执行，直至数据采集结束。11)根据测试模式进行数据处理并保存至指定路径，而后返回步骤6)。在步骤11)中，所述数据处理包括但不限于基于暗场亮度计所采集的绝对发光强度(辉度，单位为cd/m2)对光电倍增管在同一时间区内所采集的相对发光强度(无量纲)进行最小二乘法线性拟合，并通过所获得的线性拟合系数外推至光电倍增管所采集的所有相对发光强度数据点，获得远低于暗场亮度计探测极限的绝对发光强度(辉度，单位为cd/m2)。本专利技术的目的在于基于LabVIEW整合多个激发光源、多个光学探测器与温度控制器，开发出可实现长余辉衰减曲线、热释发光曲线、时间分辨磷光光谱、荧光热猝灭和荧光热稳定五种测试模式自动化控制的多功能光学测试系统；并基于该系统，通过暗场亮度计(可获得绝对发光亮度；但探测极限低、测试响应时间长)和光电倍增管(探测灵敏度极高、测试响应时间短；获得相对发光强度)的双探测器组合，为长余辉衰减曲线测试提供一种实现超高灵敏度的绝对发光亮度表征方法。与现有技术相比，本专利技术至少具有下述的有益效果或优点：本专利技术通过整合多个激发光源、多个光学探测器与温度控制器，并基于LabVIEW开发了可实现长余辉衰减曲线、热释发光曲线、时间分辨磷光光谱、荧光热猝灭和荧光热稳定五种测试模式的测控系统平台。与常规光谱仪相比，该系统在测试重复性、便捷性和功能拓展性上具有明显优势，可以高效地对多个功能模块进行协同控制，实现设备工作时序的程序化设定，有效降低了人为操作误差，提高了光学性能测试的效率和可靠性。该测试系统特别在长余辉衰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于包括测试硬件部分和基于LabVIEW的测控系统平台；所述测试硬件部分包括用于激发发光样品的光源系统、用于控制发光样品温度的温控系统和用于采集测试数据的数据采集系统；所述光源系统、温控系统和数据采集系统均与测控系统平台耦合连接和/或通信连接；所述光源系统包括光源和光源控制模块，所述光源通过光源控制模块与测控系统平台通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于包括测试硬件部分和基于LabVIEW的测控系统平台；所述测试硬件部分包括用于激发发光样品的光源系统、用于控制发光样品温度的温控系统和用于采集测试数据的数据采集系统；所述光源系统、温控系统和数据采集系统均与测控系统平台耦合连接和/或通信连接；所述光源系统包括光源和光源控制模块，所述光源通过光源控制模块与测控系统平台通信连接。2.如权利要求1所述一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于所述光源包括但不限于氙灯光源、LED光源、激光光源和紫外低压汞灯光源。3.如权利要求1所述一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于所述温控系统包括冷热台和冷热台控制模块，所述发光样品置于冷热台，所述冷热台通过冷热台控制模块与测控系统平台通信连接。4.如权利要求1所述一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于所述数据采集系统包括但不限于用于采集所述发光样品绝对亮度的暗场亮度计、用于采集所述发光样品相对亮度的光电倍增管和用于记录所述发光样品发射光谱的光纤光谱仪中的至少一种。5.如权利要求4所述一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于所述暗场亮度计与测控系统平台通信连接，所述光电倍增管分别通过高压电源和微安表与测控系统平台通信连接，所述光纤光谱仪与测控系统平台通信连接，并且光纤光谱仪通过光纤采集发光样品的发光光谱。6.如权利要求1所述一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于所述测控系统平台包括人机界面，所述人机界面包括连接模块、复位模块、参数设置模块、数据采集模块、状态指示模块和急停模块。7.如权利要求6所述一种基于LabVIEW的多功能光学测试系统，其特征在于所述连接模块用于实现测控系统平台与硬件部分的通信；所述复位模块用于初始化设置硬件部分并对相关参数赋初值；所述参数设置模块用于预设文件名、保存...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文威，庄逸熙，吕营，解荣军，周天亮，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35